[發明專利]一種多環同軸圓環陣穩健超指向性波束形成方法

有效

• 申請號: 201710097054.8
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106910493B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 劉志紅;李燕超;儀垂杰;王萬凱;王文明
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G10K11/26
• 分類號: G10K11/26
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

1.一種多環同軸圓環陣穩健超指向性波束形成方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1以多環同軸圓環陣列作為基礎聲陣列，確定基礎聲陣列的環數和環上陣元數；

步驟2設置聲陣列中陣元信噪比加權方式；

步驟3建立聲陣列超指向性波束模型；

所述的步驟2中同軸圓環陣的不同環陣元和同環陣元分別設置加權方式；不同環陣元的權值由延時疊加法確定，同環陣元的權值由陣元輸入信噪比確定；

所述的不同環陣元的權值確定方法為：

不同環上的權值w_m由延時疊加法確定，設一窄帶波波長為λ，入射方向(φ₀,θ₀)，第m環的權值表示為：

W＝[w₁,w₂…w_M]^T

其中，m＝1,2…M，φ_mi＝2π(i-1)/N_m；N_m為第m環上的陣元數，M為陣列環數，φ為陣元的方位角，θ為俯仰角，[·]^T表示轉置；

所述的同環陣元的權值根據陣元的輸入信噪比和陣元與聲源間的歐式距離確定，其確定方法為：

設權函數h_i是陣元i的信噪比SNR_i和陣元與聲源間歐式距離r_si的函數：

第m環上的N_m個陣元的權值表示為：

當信噪比SNR_i不為0時陣元權值為h_i，信噪比SNR_i為0時陣元權值為0。

2.根據權利要求1所述的一種多環同軸圓環陣穩健超指向性波束形成方法，其特征在于：所述的步驟1中根據被測量運動聲場的頻率范圍確定基礎聲陣列的環數和環上陣元數，包括以下步驟：

步驟(1-1)根據被測量運動聲場的頻率范圍確定基礎聲陣列孔徑的大小，即同軸圓環陣列的環數和最大環半徑；

步驟(1-2)根據陣列測量運動聲源及抗空間混疊和柵瓣性能要求，獲得陣元的周向和徑向間距；

步驟(1-3)根據陣元的周向和徑向間距獲得同軸圓環陣列的環數和各環上的陣元數。

3.根據權利要求1所述的一種多環同軸圓環陣穩健超指向性波束形成方法，其特征在于：所述的步驟3中超指向波束模型的建立方法為：

設一窄帶信號入射到同軸圓環陣，波束形成輸出表示為：

其中，x_mn(t)和v_mn分別表示第m環上第n個陣元的信號和權值。

4.根據權利要求3所述的一種多環同軸圓環陣穩健超指向性波束形成方法，其特征在于：所述的波束形成輸出以向量形式表示為：

z(t)＝V^HX(t)

其中，X(t)表示陣元接收信號向量，大小均為K×1，K為陣列的陣元數量，H表示共軛轉置；V表示陣元權值向量，大小為K×M，M為陣列環數量。

5.根據權利要求4所述的一種多環同軸圓環陣穩健超指向性波束形成方法，其特征在于：當圓環陣列的權值確定，M環同軸圓環陣的三維陣列響應模式為：

其中，ρ_m表示第m環半徑；v_m表示m環各陣元的權值。

6.根據權利要求5所述的一種多環同軸圓環陣穩健超指向性波束形成方法，其特征在于：圓環陣列的超指向性波束表示為：